立體化學

立體化學 (Stereochemistry)
國立新莊高中化學科陳偉民退休教師/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

立體化學是化學的一門分科，主要是研究分子中各原子的相對空間關係。研究掌性分子是立體化學裡的重要分支。立體化學是化學極重要的面向，研究的對象橫跨有機化學、無機化學、生物化學、物理化學和超大分子（supramolecular）化學。立體化學包含測量及描述這些空間關係的方法；這些空間關係對分子的物理及生物性質造成的影響，以及這些空間關係對分子活性造成的影響（動力立體化學）。

巴斯德（Louis Pasteur）可視為第一位立體化學家，他在1849年發現由釀酒的容器中收集到的酒石酸鹽可使平面偏極光旋轉，而由別的來源取得的酒石酸鹽則無此性質。因為光學異構物現象，這兩種鹽唯一不同之處，就是能否使平面偏極光旋轉。在1847年凡荷夫和列貝爾（Joseph Le Bel）以連接到碳原子的四面體結構解釋了旋光性。

沙利竇邁（thalidomid）造成的災難為立體化學的重要性做了一次不名譽的演示。沙利竇邁是一種處方藥，1957年在德國製備成功，可治療孕婦晨起的噁心感，但最後發現這種藥會造成胎兒畸形。原來，這種藥有一種光學異構物是安全的，但另一種異構物有不良的畸形作用，對胚胎早期的成長與發育造成嚴重的遺傳傷害。在人體內，沙利竇邁會消旋化，即使只吃進一種立體異構物，也會產生另一種異構物。沙利竇邁目前作為治療痲瘋病的藥物，婦女使用時必須同時服用避孕藥，以免發生與懷孕有關的畸形。由於此一災難，民眾形成一股推力，要求藥物公開上市之前必須做嚴格的測試。

坎－殷高－普利洛優先法則（Cahn-Ingold-Prelog priority rules，簡稱CIP系統）是立體化學描述分子的系統方法之一，他們把環繞立體中心的各原子排序，可將各原子的相對位置描述得的清清楚楚。一個分子可能有數個立體中心或數個雙鍵，每個立體中心或雙鍵常常會出現兩個可能的組態。CIP系統的目的是把每個立體中心組態都指定R或S的符號，對每個雙鍵組態都指定E或Z的符號，使得每個分子的每一種組態都能經由系統學名中的符號而清楚的標示出來。費雪投影（Fischer projection）是描繪立體中心周圍立體化學的簡化方法。

立體異構物的分類有以下數種：

• 阻轉異構物（Atropisomerism）──某些分子單鍵旋轉之能量障礙高到可使兩種構形得以分離。

• 順－反異構物 ──立體異構物的一種，又稱幾何異構物、組態異構物（configuration isomers）或E,Z-異構物，是一分子中各官能基的方向不同造成的異構現象。

• 構形異構物（Conformational isomerism）──有相同結構式的數個分子，因為繞著一個或數個σ鍵，而造成三度空間的構形不同。

• 非鏡像異構物（Diastereomers）──不屬於鏡像異構物的立體異構物。

• 鏡像異構物──鏡像異構物是互為鏡像，無法完全重疊的兩個立體異構物，就像一個人的左右手，相似又相反。

• 旋轉異構物（Rotamers）──構形異構物的一種，僅繞著一個σ鍵旋轉而造成的異構物。